(57)【要約】【課題】移動する測定物を、空間分解能を低下することなく２点間の断層像を検出することで、移動速度等を検出可能とする。【解決手段】測定物９の移動方向に対して、微小距離だけ離して２系統の高感度Ｘ線検出器を配置し、この２系統の高感度Ｘ線検出器は、それぞれ移動する測定物９を、第１検出面３３、第２検出面３４で経時的に断層像を検出し、経時的に検出したそれぞれ異なる断層像のデータに基づいて密度および減衰係数の異なる測定物の速度を求める。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定物の移動方向に対して、微小距離だけ離して配置された２系統の高感度Ｘ線検出器を備えたＸ線ＣＴ装置であって、
前記２系統の高感度Ｘ線検出器は、それぞれ移動する前記測定物を経時的に断層像を検出するものであり、
該経時的に検出されたそれぞれ異なる断層像のデータに基づいて密度および減衰係数の異なる前記測定物の速度を求めることができることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
前記２系統の高感度Ｘ線検出器のそれぞれの検出面の間の距離である検出面間距離と、前記それぞれの検出面における検出データから再構成した測定物の断層像から求められた時間間隔に基づいて、測定物の移動速度を求めることが可能であることを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置
【請求項３】
前記２系統の検出面間距離を、前記測定物の移動速度に応じて任意に設定できる駆動機構を備えたことを特徴とする請求項２記載のＸ線ＣＴ装置
Ｘ線ＣＴ用検出器
【請求項４】
測定物の移動方向に対して、微小距離だけ離して配置された１系統の高感度Ｘ線検出器を３系統以上備えたＸ線ＣＴ装置であって、
前記１系統の高感度Ｘ線検出器は、移動する前記測定物を経時的に断層像を検出し、２次元断層像の再構成を可能とする１列のライン状画素列から成るＣＴ用検出器であり、
前記３系統以上の高感度Ｘ線検出器の連続する２系統の検出器の組み合わせにより検出されたデータに基づいて再構成した測定物の断層像から求められた時間間隔に基づいて前記測定物の速度の時間変化、すなわち、加速度を求めることが可能であることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項５】
測定物の移動方向に対して、微小距離だけ離して配置された２系統の高感度Ｘ線検出器を用いて、前記測定物を経時的に断層像を検出し、
前記２系統の高感度Ｘ線検出器から取得したデータを基に再構成した断層像の空間平均輝度値の時間変化を比較し、類似したプロファイルの時間のずれを、相互相関を用いてもとめ、この時間差から測定物の移動速度を算出することを特徴とするＸ線ＣＴ装置を用いた測定物の移動速度を算出する方法。
【請求項６】
移動する測定物に対して配置されたＸ線ＣＴ装置の１系統の高感度Ｘ線検出器により、移動する前記測定物の一連の断層像を経時的に検出し、
該経時的に検出データで再構成した一連の断層像で、連続する断層像の輝度値分布を比較し、測定物断面の重心位置の変化から、半径方向の移動速度を算出することを特徴とするＸ線ＣＴ装置を用いた測定物の移動速度を算出する方法。
【請求項７】
経時的に検出データで再構成した一連の３枚以上の断層像で、連続する断層像の輝度値分布を比較し、設定した解析領域内の判定物断面の重心位置の変化から半径方法の移動速度を算出した後、さらに移動速度の時間変化から加速度を算出する方法。
【請求項８】
移動する測定物に対して配置されたＸ線ＣＴ装置の１系統の高感度Ｘ線検出器により、移動する前記測定物の一連の断層像を経時的に検出し、
該経時的に検出データで再構成した一連の断層像で、連続する断層像の輝度値分布を比較し、測定物断面の輪郭形状の変化から、輪郭の変化率を算出することを特徴とするＸ線ＣＴ装置を用いた測定物断面の輪郭の変化率を算出する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線ＣＴ装置に関する発明であり、工業用非破壊検査、移動体の可視化、混相流可視化および界面速度計測、不透明流体の分布計測、化学工学、粉体輸送等の速度計測、オイル−水−空気などが混合した流れの速度、体積計測、並びに不透明流体の流速・流量計などの分野に利用されるＸ線ＣＴ装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
医療用、工業用一般に用いられているＸ線ＣＴ（コンピュータトモグラフィ）装置は、人体の臓器や構造物など静止している測定物の断面内の吸収係数分布を測定するために用いられる。これらは、スキャン時間中すなわち、多方向からＸ線を照射してデータを収集している時間中は、物体は静止していることが前提条件となっている。
【０００３】
もし、撮影中に測定物が動いたりすると、画像再構成時のバックプロジェクションのプロセスで重ね合わせが正確に行われなくなるので、再構成された断層像にはモーションアーティファクトといわれる画像のブレとなって現れる。
【０００４】
（高速Ｘ線ＣＴ）
しかし、超高速Ｘ線ＣＴスキャナ（特許文献１参照。）、高空間分解能高速Ｘ線ＣＴスキャナ（特許文献２参照。）などの高速Ｘ線ＣＴスキャナといわれる装置（他に非特許文献１、２参照。）では、本来、気体と液体等を含む混相流体を想定して設計されているため、流体の変化時間に比べて、スキャン時間を極端に短く設定できる特徴がある。
【０００５】
高速スキャンを実現するためには、測定物の周囲に検出器を固定配置して、Ｘ線源を機械的に回転させる第４世代ＣＴといわれる方式が検討されているが（特許文献４参照）、高速Ｘ線ＣＴの用途ではさらに高速のスキャンを必要とするので、複数のＸ線源を検出器の外側に固定配置し、電気的にスイッチングしてＸ線照射を高速化する方式で、第５世代ＣＴといわれる方式に属する。
【０００６】
高速Ｘ線ＣＴ装置は、一断面のデータ収集に要する時間（＝スキャン時間）が４ミリ秒以下と非常に短く、医療用で高速といわれるＸ線ＣＴに比べても、スキャン時間は約１／１００となっている。
【０００７】
このような高速性を実現するための従来の高速Ｘ線ＣＴを図１に示す。図１の高速Ｘ線ＣＴ装置１は、Ｘ線発生器（パルスＸ線源）２と検出器３を固定配置した特殊な構造を有している。
【０００８】
ところで、高速Ｘ線ＣＴ装置ではない通常のＸ線ＣＴ装置（第３世代および第４世代ＣＴに属する装置）では、１本のＸ線源と検出器の組み合わせを、測定物のまわりを回転させたり、Ｘ線源と検出器を固定して、測定物を回転させるなどの手段をとっている。このような手段では、データ収集中に機械的な運動を伴なうため、ミリ秒オーダーの高速なスキャン時間を実現することはかなり困難である。
【０００９】
これに対して、図１に示す高速Ｘ線ＣＴ装置１では、複数のパルスＸ線源２と、該パルスＸ線源２に対応して複数の検出器画素４（図２参照）から成る検出器３を測定領域５（測定物）のまわりに固定配置して、機械的な可動部分を排除した構成となっている。
【００１０】
高速Ｘ線ＣＴ装置１では、通常のＸ線ＣＴ装置と等価なスキャン動作を行なうため、複数のＸ線源２を電気的に制御して、各Ｘ線源２から順次パルス的にＸ線を照射してスキャンを完了する。
【００１１】
Ｘ線源２、検出器画素４及び測定領域５について、その構成及びパルスＸ線発生の仕組みを図２（図１の点線部分の詳細図）に示す。個々のＸ線源２をパルス的に動作させるため、フィラメント６から放出される熱電子を、フィラメント６の上部に位置するバイアスグリッド７を負に帯電させて照射のタイミングを制御する（図２）。
【００１２】
すなわち、バイアスグリッド７の負電界が解除された瞬間のみ、フィラメント６から発生する電子が加速電界に到達して加速され、タングステンなどのターゲット８に衝突してＸ線を発生する仕組みである。
【００１３】
ここで、バイアスグリッド７の解除のタイミングと時間は、使用者が作成したタイミングチャートにしたがって、外部コントローラから信号を入力し、データ収集系とも同期させている。
【００１４】
このような装置では、たとえ移動する測定物９（例えば、図２に示す管内を移動する気泡）でも、ミリ秒オーダーのスキャン時間中は近似的に静止しているとみなせるので、速度が１ｍ／ｓ程度で動くものでも断層撮影が可能で、瞬時の被写体内部の吸収係数分布を可視化することができる。
【００１５】
（高速Ｘ線ＣＴを利用した速度計測）
ところで、流体計測に重要となる速度を計測するには、移動方向にある距離だけ離れた位置に、もう１つの検出面を設け、この距離を通過する時間を求める必要がある。したがって、測定断面は最低でも２つ必要となる。
【００１６】
このような動機に基づいて、本発明者は、すでに、高速Ｘ線ＣＴで速度計測について、「高速Ｘ線ＣＴによる被写移動体速度及び高解像度情報の計測方法及びその装置」の発明をした（特許文献３参照。）。
【００１７】
この例では、図３、４に示すように、検出器モジュール１０の画素となる直方体形状の半導体受光素子１１の一端が互い違いに並列して重なるように配列するとともに、２つのスリット１２によって、第１断面位置１３と第２断面位置１４に対してのみＸ線１５が透過可能なようにするものである。２つのスリット１２の間の距離である二断面間距離ΔＺは、ΔＺの異なるスリットを交換して調節することができる。
【００１８】
図３、４に示すような装置を計測に使う場合は、半導体受光素子１１の長手方向が、測定物９の移動方向に平行になるように検出器モジュール１０を設置し、２つのスリット１２の長手方向が測定物の移動方向に垂直になるよう、検出器モジュール１０のＸ線側前面に配置して利用する。
【００１９】
そして、Ｘ線１５は線源２の焦点から円錐状に発生するので、スリット１２の幅で規定されたＸ線ビームのみが同時にスリット１２を通過して、同時に検出器の半導体受光素子１１に到達する。これを同時にサンプリングすることで、第１断面位置１３と第２断面位置１４のデータを同時に収集できる。
【特許文献１】特開平５−６０３８１
【特許文献２】特開平１０−２９５６８２
【特許文献３】特許第３２０８４２６号
【特許文献４】特開平４−３５４９４２
【非特許文献１】Hori, K., Fujimoto,T., Kawanishi, K., Nishikawa,H., "Advanced high-speed X-ray CT scanner for measurement and visualization of multiphase flow", OECD/CSNI Specialist Meeting on Advanced Instrumentation and Measurement Techniques, Santa Barbara, March 17-20, USA （1997）
【非特許文献２】三澤雅樹、市川直樹、赤井誠、堀慶一、田村耕一郎、松井剛一、”Development of Fast X-ray CT System for Transient Two-phase Flow Measurement”,Proc.6th International Conference on Nuclear Engineering,San Diego.USA.CD-ROM,6383-,pp.1-18 (1998)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
前述の高速Ｘ線ＣＴ装置は、移動する測定物の瞬時の断層像を再現できる特徴をもっている。しかし、測定対称が流体などの場合、吸収係数の分布のほかに、移動速度が重要な情報となる。高速Ｘ線ＣＴ装置では、ある時刻の一枚の断層像を再現できるが、測定物が時間的に変形を伴なう気泡のような場合、連続する断層像の時間間隔はわかっても、移動時間が未定なので、速度を求めることはできない。  
【００２１】
つまり、同じ位置で撮影した断層像だけでは、たとえ連続した断層像でも、流れの方向の移動速度を求めることはできない。速度が算出できるのは、測定物の寸法が既知の場合だが、可視光で計測できない不透明な測定物の分布を求めるためにＸ線を使っている場合が多いので、このような例は稀である。
【００２２】
特に、前記特許文献１、２記載の高速Ｘ線ＣＴ装置１についてみれば、複数の測定断面を持たないので、速度計測はできない。また、断層像内の測定物の移動に対して、速度計測方法については、特に、言及されていない。
【００２３】
特許文献３の例では、ΔＺは測定物９の速度に応じて連続的に変化させるのが望ましいが、この装置では、ΔＺが製作したスリット１２によって決められてしまい、速度に応じて可変にできない。また、製作可能な半導体受光素子１１の長さにも限界があるので、移動速度が大きい場合、スリット間距離ΔＺを大きく取れない可能性がある。
【００２４】
また、半導体受光素子１１を互い違いに配置するので、それぞれの断面の空間分解能は、密に配列した場合の１／２になり、再構成した断層像で空間分解能が低下するデメリットがある。本発明は、以上の従来の問題点を解決することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は上記課題を解決するために、測定物の移動方向に対して、微小距離だけ離して配置された２系統の高感度Ｘ線検出器を備えたＸ線ＣＴ装置であって、前記２系統の高感度Ｘ線検出器は、それぞれ移動する前記測定物を経時的に断層像を検出するものであり、該経時的に検出されたそれぞれ異なる断層像のデータに基づいて密度および減衰係数の異なる前記測定物の速度を求めることができることを特徴とするＸ線ＣＴ装置を提供する。
【００２６】
前記２系統の高感度Ｘ線検出器のそれぞれの検出面の間の距離である検出面間距離と、前記それぞれの検出面における検出データから再構成した測定物の断層像から求められた時間間隔に基づいて、測定物の移動速度を求めることが可能である。
【００２７】
前記２系統の検出面間距離を、前記測定物の移動速度に応じて任意に設定できる駆動機構を備えたことを特徴とする。
【００２８】
本発明は上記課題を解決するために、測定物の移動方向に対して、微小距離だけ離して配置された１系統の高感度Ｘ線検出器を３系統以上備えたＸ線ＣＴ装置であって、 前記１系統の高感度Ｘ線検出器は、移動する前記測定物を経時的に断層像を検出し、２次元断層像の再構成を可能とする１列のライン状画素列から成るＣＴ用検出器であり、前記３系統以上の高感度Ｘ線検出器の連続する２系統の検出器の組み合わせにより検出されたデータに基づいて再構成した測定物の断層像から求められた時間間隔に基づいて前記測定物の速度の時間変化、すなわち、加速度を求めることが可能であることを特徴とするＸ線ＣＴ装置を提供する。
【００２９】
本発明は上記課題を解決するために、測定物の移動方向に対して、微小距離だけ離して配置された２系統の高感度Ｘ線検出器を用いて、前記測定物を経時的に断層像を検出し、前記２系統の高感度Ｘ線検出器から取得したデータを基に再構成した断層像の空間平均輝度値の時間変化を比較し、類似したプロファイルの時間のずれを、相互相関を用いてもとめ、この時間差から測定物の移動速度を算出することを特徴とするＸ線ＣＴ装置を用いた測定物の移動速度を算出する方法を提供する。
【００３０】
本発明は上記課題を解決するために、移動する測定物に対して配置されたＸ線ＣＴ装置の１系統の高感度Ｘ線検出器により、移動する前記測定物の一連の断層像を経時的に検出し、該経時的に検出データで再構成した一連の断層像で、連続する断層像の輝度値分布を比較し、測定物断面の重心位置の変化から、半径方向の移動速度を算出することを特徴とするＸ線ＣＴ装置を用いた測定物の移動速度を算出する方法を提供する。
【００３１】
本発明は上記課題を解決するために、経時的に検出データで再構成した一連の断層像で、連続する断層像の輝度値分布を比較し、設定した解析領域内の測定物断面の重心位置の変化から半径方法の移動速度を算出した後、さらに移動速度の時間変化から加速度を算出するＸ線ＣＴ装置を用いた測定物の移動変化を算出する方法としてもよい。
【００３２】
本発明は上記課題を解決するために、移動する測定物に対して配置されたＸ線ＣＴ装置の１系統の高感度Ｘ線検出器により、移動する前記測定物の一連の断層像を経時的に検出し、該経時的に検出データで再構成した一連の断層像で、連続する断層像の輝度値分布を比較し、測定物断面の輪郭形状の変化から、輪郭の変化率を算出することを特徴とするＸ線ＣＴ装置を用いた測定物断面の輪郭の変化率を算出する方法を提供する。
【発明の効果】
【００３３】
本発明は、以上の構成であるから、測定物の移動方向に、微小距離離れた２系統の検出面を有するＸ線検出器を用いれば、空間的な高分解能を維持したままで、２断面間距離を、連続的に、大きく変えることが可能となり、前述の特許文献３記載の発明にに不足した性能を補うことができる。
【００３４】
また、２系統の検出器からのデータをもとに、再構成画像の輝度値の時間変化、および、画像再構成して得られた断層像における吸収係数分布の時間変化から、測定物の垂直方向および水平方向の移動速度を算出することができる。
【００３５】
さらに、３系統以上の測定断面で計測された移動速度の時間変化および経時的に記録された連続する３枚以上の断層像から、測定物の垂直および水平方向の加速度を算出することができる。
【００３６】
これは、断層像の吸収係数分布に対応した混相流の相分布に、移動速度および加速度という新しい情報が加わるので、不透明な物質内の移動体の体積、表面積の計測や、混相流体の流速計としても作用する。また、加速度は作用する力を表すので、流体解析に重要な物理量となる。このような測定物のダイナミクスに関する情報を得られるＸ線ＣＴまたは高速Ｘ線ＣＴは、これまでになかった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して、以下説明する。
【００３８】
本発明に係る高速Ｘ線ＣＴ用検出器は、２つの高感度半導体ラインセンサを駆動ステージ上に設置し、２つのラインセンサの受光部を測定物の移動方向に対して、相対的に、任意の刻み幅で移動できる機構を備えた構成とを特徴とする。そして、本発明では、これを用いた速度算出方法を提供するものである。
【００３９】
本発明に係る高速Ｘ線ＣＴ用検出器２０の構成を説明する。高速Ｘ線ＣＴ用検出器２０の前提となる全体構造は、図１、２と同様に、複数のパルスＸ線源２と、該パルスＸ線源２に対応した検出器３を、測定領域５、測定物９のまわりに固定配置して成る。
【００４０】
そして、本発明に係るパルスＸ線発生器２０の構造及びそのパルスＸ線発生器の仕組みは、図１、２に示すパルスＸ線発生器と同じ構造であり、複数のＸ線源２を電気的に制御して、各Ｘ線源２から順次パルス的にＸ線を照射してスキャンを行うものである。
【００４１】
このような全体構造において、本発明の特徴は、図５において、測定対象となる配管２１内の流れのまわりに、測定領域５の中心を中心とする同心円に沿って、外側から順に、複数のパルスＸ線源２と、第１断面検出器２２と、第２断面検出器２３とが配置されて成る構成である。第１断面検出器２２と第２断面検出器２３との半径方向（図のＸおよびＹ方向）の距離は、お互いに干渉しない最短の距離に設定されている。
【００４２】
第１断面検出器２２は、複数の第１断面検出器モジュール２４を円周に沿って配置した多角形状になって成る。又、第２断面検出器２３は、複数の第２断面検出器モジュール２５を円周に沿って配置した多角形状になって成る。
【００４３】
第１断面検出器モジュール２４及び第２断面検出器モジュール２５は、それぞれ矩形のモジュール支持壁の内面に複数の受光部画素が周方向にライン状に連続的に取り付けられ、第１検出面及び第２検出面を形成している。
【００４４】
第１断面検出器モジュール２４及び第２断面検出器モジュール２５は、それぞれ複数の画素（例えば、１６、３２、６４個など）と信号処理用プロセッサで構成される。
【００４５】
検出器モジュール２４、２５は、図１１（ａ）、（ｂ）に示されるように、長方形の配線基板２６の下端に、フォトリソグラフィ加工によって１列の画素電極パターンを形成した化合物半導体（ここではＣｄＴｅ）片を設置し、これが受光部２７となる。
【００４６】
受光部２７は、信号処理用プリアンプ２８と接続し、配線基板１６上の配線２９とコネクタ３０を通して、信号処理アンプ４６に接続される。基板上の配線とコネクタを通して、メインアンプに接続する構成になっている。信号処理用プリアンプ２８は、放射線損傷を避けるため、鉛遮蔽板３１でカバーされている。
【００４７】
画素電極パターンを形成した化合物半導体が検出効率の高い受光部２７として動作する。配線基板１６の下端に、受光部１７を取り付けたのは、図５の第１断面検出器３３と、第２断面検出器３４の相対的な距離（ΔＺ）を任意の値に設定するとき、第２断面検出器２３の配線基板１６によって、Ｘ線１５が遮られず、同時に第１断面検出器３３と第２断面検出器３４に透過像を検出させるためである。
【００４８】
本発明では、２系統の独立した検出器（第１断面検出器２２と第２断面検出器２３）を使用しているが、今日では、２次元の画素配列を持ったフラットパネル型の２次元検出器が普及している。このような２次元検出器の問題は、大量のデータを転送するのに時間がかかる点であるが、高速化が図られた２次元検出器であれば、２次元画素列の中から、第１断面や第２断面に相当する１列の画素列を抽出しても、本発明の解析手法が適用できる。
【００４９】
第１及び第２の検出器モジュール２４、２５の周方向幅が、測定領域中心Ｏからみて、同じ広がり角度θになるようにするため、第２断面検出器モジュール２５の周方向の幅Ｗ２は、第１断面検出器モジュール２４の周方向の幅Ｗ１よりも小さくしてある。このため、画素数は同じでも、周方向の画素ピッチは、第２断面検出器モジュール２５の方が小さい。
【００５０】
また、パルスＸ線源２のＸ線発生面３２（図２、５参照）は、第１検出面３３の下方（図中Ｚ軸のマイナス方向）に設定されており、Ｘ線の測定領域に向けての照射方向は、Ｘ線焦点（Ｘ線源、より詳しくは図２のターゲット面でのＸ線焦点）から、第１検出面３３、第２検出面３４に向けて所定の角度α１、α２だけ上方（図中Ｚ軸の上向きのプラス方向）に打ち上げられている。
【００５１】
これにより、第１断面検出器モジュール２４及び第２断面検出器モジュール２５が測定物９を取り囲むように配置されていても、測定領域５を透過する前にＸ線ファンビーム３５が第１及び第２検出器２２、２３と干渉することをを回避することができる。
【００５２】
外部コントローラからの信号に従って、複数のパルスＸ線源２は、順次、あるいは選択的に点燈してパルスＸ線を射出して測定領域にある測定物の照射して透過し、画像再構成に必要な多方向からの投影データを、第１断面検出器２２及び第２断面検出器２３でそれぞれ計測する。
【００５３】
第１断面検出器２２と第２断面検出器２３のデータ収集系は、それぞれ独立しており、データ収集開始のために同時にトリガが与えられ、１回のＸ線パルス照射で、微小距離ΔＺ離れた異なる高さ位置（第１検出面３３及び第２検出面３４の位置）で、同時に２断面のデータ収集が行われる。第１断面検出器２２と第２断面検出器２３のＺ方向の高さの差ΔＺは、測定物９の移動速度に応じて、連続的に可変とする。
【００５４】
図６は、データ収集のタイミングを説明する図である。スキャン時間Δｔｓは、すべてのＸ線源２が点燈終了するまでの時間で、Ｘ線源２の本数をＮｘとすると、
Δｔｓ＝Ｎｘ  ｘ  Δｔｘ
ここで、Δｔｘは１個のパルスＸ線が点燈し（ΔｔｘＯＮ）消灯（ΔｔｘＯＦＦ）するまでの時間で、
Δｔｘ＝ΔｔｘＯＮ  ＋ΔｔｘＯＦＦ
となる。ここで、ΔｔｘＯＮ、ΔｔｘＯＦＦの時間幅（デューティ）は、外部コントローラで制御可能である。
【００５５】
第１検出面３３および第２検出面３４のデータ収集開始トリガ信号（図６中の第１断面及び第２断面におけるそれぞれのトリガ信号）は、Ｘ線照射開始とほぼ同時に与えられ、データ蓄積は、Ｘ線源２が点燈している時間内に終了する。すなわち、第１検出面３３および第２検出面３４の検出データ蓄積時間をそれぞれΔｔｐ１、Δｔｐ２とすると、
Δｔｐ１、Δｔｐ２  ＜  ΔｔｘＯＮ
という条件下でデータ収集が行なわれる。Δｔｐ１、Δｔｐ２は通常、同じに設定されるが、検出器の感度や特性に応じて、異なる値を設定することも可能である。この方式で撮影された第１検出面３３と第２検出面３４の投影データを用いて、画像再構成を行なう。
【００５６】
図７に示すように、それぞれの断面ごとに、等時間間隔で撮影された断層面の輝度平均を求めて輝度値の時間変化をプロットすると、両者は類似したプロットでありながら、微小距離ΔＺの移動時間に応じて、時間軸がわずかにずれたプロットとなる。
【００５７】
２つの時系列データの時間差Δｔｖを求めるには、２つの時系列データの比較したい区間について、相互相関を求めることにより、スキャン時間Δｔｓの倍数として、時間差Δｔｖを算出する事ができる。この倍数をｎとすると、時間差は
Δｔｖ＝ｎ  ｘ  Δｔｓ
と表されるので、測定物のＺ方向（例えば図５のＺ方向）の瞬時の移動速度Ｖｚは、
Ｖｚ＝ΔＺ  ／  Δｔｖ
で与えられる。
【００５８】
３系統の検出面を有する装置で垂直方向の加速度を求める場合、前述の方法で、隣接する２断面から時間差△ｔｖｌ、△ｔｖ２、および移動速度Ｖｚ１、Ｖｚ２を求める事ができる。時間差が微小であれば、直線的な移動とみなせるので、速度差（Ｖｚｌ−Ｖｚ２）を時間（△ｔｖｌ＋△ｔｖ２）で割る事で、加速度Ａｚ１２を求めることができる。
Ａｚ１２＝（Ｖｚｌ−Ｖｚ２）／（△ｔｖｌ＋△ｔｖ２）
３系統以上の検出面がある場合も、同様の手法で連続的に加速度を算出できる。  
【００５９】
これに対して、個々の測定物の半径方向の移動速度Ｖｒｉは、第１検出面３３のみ、または、第２検出面３４のみの時間的に連続する断層像を比較することで算出可能となる。図８に示すように、例えば、第１検出面３３で得られたある時刻の連続する２枚の断層像を比較する。
【００６０】
断層像に表示された測定物の形状を特定するために、輝度値の変化率が最大になる値などの適当なしきい値を設定して、断層像を二値化する。抽出された測定物の検出面に相当する輝度分布の重心を画像から算出し、連続する断層像で重心点の位置を接続する事によって、その変位ΔＲｉから、個々の測定物の瞬時の半径方向速度ＶＲｉが下記によって求められる。
ＶＲｉ  ＝  ΔＲｉ  ／  Δｔｓ
スキャン時間Δｔｓを移動時間にくらべて十分短く設定すれば、重心の移動量ΔＲｉは線形近似できるので、瞬時の速度が求められる。
【００６１】
半径方向の加速度を求める場合、連続する２断面から時間差△ｔｒｌ、△ｔｒ２、および重心移動速度ＶＲ１、ＶＲ２を求める事ができる。時間差が微小であれば、直線的な移動とみなせるので、速度差（ＶＲｌ−ＶＲ２）を時間（△ｔｒｌ＋△ｔｒ２）で割る事で、加速度ＡＲ１２を求めることができる。
ＡＲ１２＝（ＶＲｌ−ＶＲ２）／（△ｔｒｌ＋△ｔｒ２）
３断面以上の断層データがある場合も、同様の手法で連続的に加速度を算出できる。
【００６２】
測定物９が液体の中の気泡のように、移動しながら変形する場合、装置の設計や解析では界面の変形速度や界面面積が重要な物理量となる。その場合、図９に示すように、第１検出面のみ、または、第２検出面のみの時間的に連続する断層像の輪郭を、画像処理により抽出し、Ｔ＝ｔ１とＴ＝ｔ１＋Δｔｓの断層像の輪郭を、同じ数だけ分割して、対応する点を結ぶことで、Δｔｓ間の変位ΔＬｉが求められる。
【００６３】
ただし、変位ΔＬｉが線形近似できるように、スキャン時間Δｔｓを変形時間に比べて十分小さく設定することが必要である。スキャン時間Δｔｓと変位ΔＬｉから、輪郭の変化率ＶＬｉは、以下の式で求められる。
ＶＬｉ＝ΔＬｉ  ／Δｔｓ
【００６４】
以上の例は、第１断面検出器２２と第２断面検出器２３という２つの検出器で実施例を説明したが、３個以上の断面を有する高速サンプリング可能な２次元検出器でも、同様に適用できる。
【実施例】
【００６５】
本発明に係る高速Ｘ線ＣＴ装置３６の実施例を図１０に示す。この高速Ｘ線ＣＴ装置３６は、高さ方向で位置の異なる検出面を備えた検出器を装備した。高速Ｘ線ＣＴ装置３６は、Ｘ線発生器３７と検出部３８とを備えている。Ｘ線発生器３７は、検出部３８を収納できるスペース３９を有し、測定物９を流す配管２１が軸心を一致して配置された凹所４０を有する。
【００６６】
Ｘ線発生器３７上にレベラ４９を介して第１断面ステージ４１及び第２断面ステージ４２が配置されている。検出部３８は、第１断面ステージ４１及び第２断面ステージ４２を介して固定された第１断面検出器モジュール２４と第２断面の検出器モジュール２５を、円周にそって多角形状に配置して構成される。
【００６７】
Ｘ線発生器３７の内部は真空に維持されており、複数のＸ線源２が配管２１の軸心の周囲に、かつ第１断面検出器モジュール２４と第２断面の検出器モジュール２５の外側に、円周に沿って配列されるように収納されている。即ち、各Ｘ線源２は、それらの焦点が測定領域５を中心とする円に沿った水平面上にくるように配列されている。
【００６８】
Ｘ線は、各Ｘ線源２の焦点から、薄い金属窓４３を貫通して、測定物９に照射される。前述のように、各Ｘ線源２からパルスＸ線を発生するパルスＸ線発生面３２は、第１検出面３３よりも下方に設定されており、Ｘ線ファンビーム３５が僅かに上方に放射されるので、第１検出面３３と干渉せずに、測定物９を透過したＸ線が第１及び第２検出面３３、３４で検知される。
【００６９】
Ｘ線発生面３２と第１検出面３３の距離は、レベラ４９により第１断面ステージ４１を介して調節可能である。ここで、第１断面検出器モジュール２４及び第２断面検出器モジュール２５は、検出器モジュール保持リング４４を介して第１及び第２ステージ４１、４２に固定されており、さらに第２断面ステージ４２は、駆動機構４５によって、第１断面ステージ４１に対して、相対的にＺ方向に移動できるように設計されている。このように駆動機構４５を調整することによって、第１検出面３３と第２検出面３４の検出面距離ΔＺは、測定物９の移動速度に応じて、任意量だけ変化させることができる。
【００７０】
ここで、駆動機構４５は、自動または手動操作により、例えば、ダイヤル４８を回転操作して、周知のラックアンドピニオン等の伝導機構を動作させて、第１断面ステージ４１に対して第２断面ステージ４２を相対的に移動して、第一検出面３３と第２検出面３４の高さを相対的に任意量変える事ができる機構である。
【００７１】
第１断面検出器モジュール２４及び第２断面検出器モジュール２５は、それぞれ図示しない第１信号処理アンプ４６及び第２信号処理アンプ４７と接続されている。第１信号処理アンプ及び第２信号処理アンプは、それぞれ第１断面ステージ４１及び第２断面ステージ４２に対応して固定されているので、第１断面検出器モジュール２４と第１信号処理アンプ４６は、互いに相対的には移動しない。同様に、第２断面検出器モジュール２５と第２信号処理アンプ４７は、互いに相対的には移動しない。
【００７２】
第１信号処理アンプ４６及び第２信号処理アンプ４７からの出力は、第２ステージ４２の移動を妨げない柔軟なケーブルで検出器から転送されたデータをパソコンに取り込むボード、すなわちフレームグラバと接続され、データ収録用のパソコンに転送される。パソコンでは、上記測定物の移動速度の算出等のデータの処理が行われる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は以上の構成であるから、工業用非破壊検査、混相流可視化および界面速度計測、化学工学、オイル−水−空気などが混合した流れの速度、体積計測、不透明流体の流速・流量計、液体中に固体が含まれる流れの固体量計測、ガスで固体を輸送する場合の体積流量計測などに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】高速Ｘ線ＣＴの基本的な構成を示す図である。
【図２】パルスＸ線発生の基本的な仕組を説明する図である。
【図３】従来例（特許第３２０８４２６号）の検出器モジュールを示す図である。
【図４】従来例（特許第３２０８４２６号）の実施例を説明する図である。
【図５】本発明の２断面計測実施装置及び方法の原理を説明する図である。
【図６】Ｘ線照射と２断面のデータ収集タイミングを示す図である。
【図７】本発明の軸方向（Ｚ方向）の速度を求める方法を説明する図である。
【図８】本発明の半径方向（Ｘ−Ｙ方向）の速度を求める方法を説明する図である。
【図９】本発明の輪郭の拡大率（Ｘ−Ｙ方向）を求める方法を説明する図である。
【図１０】２断面検出器を設置した本発明の高速Ｘ線ＣＴ装置を示す図である。
【図１１】本発明の検出器モジュールの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  高速Ｘ線ＣＴ装置                       
２  （パルス）Ｘ線源                        
３  検出器                                  
４  検出器画素                              
５  測定領域                                
６  フィラメント                            
７  バイアスグリッド                       
８  ターゲット                              
９  測定物                                  
１０  検出器モジュール                     
１１  半導体受光素子                       
１２  スリット                              
１３  第１断面位置                          
１４  第２断面位置                          
１５  Ｘ線                                  
２０  高速Ｘ線ＣＴ用検出器                 
２１  配管                                  
２２  第１断面検出器                       
２３  第２断面検出器                       
２４  第１断面検出器モジュール             
２５  第２断面検出器モジュール             
２６  配線基板                            
２７  受光部                              
２８  信号処理用プリアンプ              
２９  配線基板上の配線                   
３０  コネクタ                            
３１  鉛遮蔽板                            
３２  Ｘ線発生面                            
３３  第１検出面                            
３４  第２検出面                            
３５  Ｘ線ファンビーム                     
３６  高速Ｘ線ＣＴ装置                     
３７  Ｘ線発生器                            
３８  検出部                                
３９  スペース                              
４０  凹所                                  
４１  第１断面ステージ                     
４２  第２断面ステージ                     
４３  金属窓                                
４４  検出器モジュール保持リング           
４５  駆動機構                              
４６  第１信号処理アンプ                   
４７  第２信号処理アンプ                   
４８  ダイヤル
４９  レベラ                            
Ｚ方向  測定物の移動方向
Ｘ、Ｙ方向   測定物の移動方向と垂直の方向
ΔＺ  第１断面検出面と第２断面検出面のＺ方向距離
Δｔｓ  スキャン時間  
Δｔｘ  パルスＸ線照射時間間隔
ΔｔｘＯＮ  パルスＸ線の点燈時間
ΔｔｘＯＦＦ   パルスＸ線の消灯時間
Δｔｐ１  第１断面のデータ蓄積時間
Δｔｐ２  第２断面のデータ蓄積時間
Δｔｖ  断層面平均輝度値の時間変化から求めた測定物の移動時間        
ｎ  輝度値の時間変化が一致するスライス数
Ｖｚ  測定物のＺ方向移動速度
ＶＲｉ  測定物の半径方向移動速度
ΔＲｉ  スキャン時間中の重心位置の移動量
ＶＬｉ  測定物の輪郭の変化率
ΔＬｉ  スキャン時間中の輪郭の移動量
【図１】
2005265559.tif 000003
【図２】
2005265559.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2005265559.tif 000011
【図１０】
2005265559.tif 000012
【図１１】
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